WIRELESS TRANSMISSION USING INFRARED WAVES

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ 1998 Seria: INFORMATYKA z. 34 Nr kol. 1381 Bartłomiej ZIELIŃSKI, Krzysztof TOKARZ Politechnika Śląska, Instytut Informatyki TRANSMISJA BEZPRZEWODOWA Z UŻYCIEM PODCZERWIENI Streszczenie. Opisano możliwości zastosowania fal z zakresu podczerwieni w sieciach komputerowych. Scharakteryzowano właściwości fal optycznych jako medium transmisyjnego. Dokonano przeglądu dostępnych urządzeń transmisyjnych. Zaproponowano kierunki dalszych badań. WIRELESS TRANSMISSION USING INFRARED WAVES Summary. Application possibilities of infrared waves in computer networks have been described. Properties of optical waves as a transmission medium have been characterized. An overview of available transmission devices has been made. Further research directions have been proposed. 1. Wprowadzenie Szybko postępująca komputeryzacja instytucji i przedsiębiorstw stawia przed projektantami sprzętu coraz większe wymagania dotyczące prostoty obsługi i łatwego dostępu do informacji. Aby uzyskać łączność pomiędzy komputerem, na którym żądana informacja jest przechowywana, a użytkownikiem odległym nieraz o wiele kilometrów, niezbędne jest wykorzystanie sieci komputerowych. Przez łatwy dostęp można rozumieć możliwość transmisji danych bez konieczności fizycznego podłączenia komputera do klasycznej przewodowej sieci komputerowej. Rozwiązanie takie można osiągnąć dzięki zastosowaniu bezprzewodowych mediów transmisyjnych. Istnieje wiele przypadków, w których zastosowanie mediów bezprzewodowych w zastępstwie klasycznej komunikacji przewodowej jest korzystniejsze, a nawet konieczne [1]. Klasycznym przykładem mogą być stacje robocze rozmieszczone na dużym obszarze ubogim w środki łączności przewodowej, czy też poruszające się wzglę-

666 B. Zieliński, K. Tokarz dem siebie, które mogą się komunikować dzięki łączności drogą radiową lub satelitarną [2]. Innym przykładem jest sieć komputerowa, pracująca w obszarze silnych zakłóceń elektromagnetycznych lub zestawiana tymczasowo na niewielkim obszarze z kilku komputerów przenośnych, dla której najkorzystniejszym medium transmisyjnym jest podczerwień. W silnie zurbanizowanym terenie (np. w centrum miasta) bardzo trudne technicznie i kosztowne może okazać się połączenie przewodem stacji umieszczonych w kilku różnych budynkach. W tym przypadku również bardzo korzystne jest zastosowanie mediów bezprzewodowych, jak np. łącze radiowe czy laserowe. Wybór medium jest silnie uzależniony od wymagań stawianych w konkretnym zastosowaniu, przy czym istotną rolę odgrywa zasięg transmisji. Fale radiowe doskonale spisują się jako medium o dużym zasięgu obejmującym miasto, region czy kraj. Z powodzeniem pracują w systemach telefonii komórkowej [3] czy sieci Packet Radio [4]. Ze względu na silną interferencję sygnałów pochodzących z różnych nadajników, wrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne, a przede wszystkim konieczność uzyskania przydziału częstotliwości pracy, do zastosowań lokalnych lepiej nadają się fale z zakresu podczerwieni [5]. Niestety i tutaj pojawiają się istotne ograniczenia. Pierwszym jest większa moc potrzebna do przeprowadzenia transmisji, drugim jest interferencja ze sztucznymi i naturalnymi źródłami światła i wreszcie podstawowym ograniczony zasięg transmisji, uzależniony od wzajemnego położenia nadajnika i odbiornika oraz warunków atmosferycznych. Jako zaletę można przedstawić nieprzenikalność przez ściany, co zapewnia poufność przesyłanych danych w ramach jednego pomieszczenia oraz brak zakłóceń pomiędzy systemami zainstalowanymi w pomieszczeniach sąsiadujących. Prowadzone na świecie badania koncentrują się wokół problemu uzyskania łącza optycznego o jak najlepszych parametrach użytkowych (zasięg, prędkość transmisji, mobilność stacji). W badaniach tych kluczowym zagadnieniem jest dobór odpowiednich elementów elektronicznych oraz sposobów przetwarzania sygnałów (np. metody modulacji) [6]. Nie jest natomiast poruszany aktualny i istotny problem współpracy łączy optycznych z sieciami przewodowymi. 2. Charakterystyka fal optycznych jako medium transmisyjnego Fale optyczne, czyli fale elektromagnetyczne z zakresów bliskich zakresowi światła widzialnego, mogą być alternatywą dla fal radiowych. Zaletą fal optycznych jest np. możliwość bardzo dokładnego skierowania wiązki na odbiornik, dzięki czemu sieci znajdujące się na wspólnym obszarze i korzystające z tych samych zakresów fal elektromagnetycznych nie

Transmisja bezprzewodowa z użyciem podczerwieni 667 zakłócają się wzajemnie. W chwili obecnej najczęściej wykorzystywane są fale z zakresu bliskiej podczerwieni, w tym również światło laserowe. 2.1. Fale z zakresu podczerwieni Fale elektromagnetyczne z zakresu podczerwieni [3] ulegają podobnym zjawiskom jak światło widzialne i dość istotnie różnią się od fal radiowych. Istotną cechą propagacji wolnoprzestrzennego promieniowania podczerwonego jest duża tłumienność jednostkowa, wynosząca 1 db/km. Jest ona spowodowana wysoką częstotliwością fal świetlnych. Fale świetlne ulegają silnej absorpcji przez parę wodną i dwutlenek węgla, rozproszeniu na cząsteczkach kurzu i załamaniu przy przenikaniu warstw powietrza o różnej temperaturze. Moc sygnału optycznego, docierającego do odbiornika w odległości l km od nadajnika można określić następującą zależnością [7]: P(l) [W] P N αl/, gdzie P N oznacza moc nadajnika [W], zaś α tłumienność [db/km]. Maksymalna odległość, na jaką można przesłać sygnał optyczny, wynosi zatem L max [km] α log P N P O, gdzie P N, P O odpowiednio moc nadana i odebrana [W] (moc odebrana nie może być mniejsza od czułości odbiornika). W przeciwieństwie zatem do transmisji radiowej, w której zasięg zależy głównie od mocy nadajnika, w mniejszym zaś stopniu od tłumienności trasy, w systemach optycznych tłumienność trasy ma dużo większe znaczenie niż moc nadajnika, co nakłada znaczne ograniczenia na zasięg transmisji. Łączność między nadajnikiem a odbiornikiem może być zrealizowana bezpośrednio lub poprzez promieniowanie dyfuzyjne. Łączność bezpośrednia wymaga ciągłej bezpośredniej widoczności (ang. line-of-sight) pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem, podczas gdy w łączności dyfuzyjnej wykorzystuje się promieniowanie odbite od np. ścian i mebli. Jest to możliwe dzięki temu, że większość powierzchni odbija 40 90% promieniowania z zakresu podczerwieni i sygnał, nawet po kilku odbiciach, zachowuje wystarczającą moc, aby zostać poprawnie odebrany. Podobnie jak fale radiowe również podczerwień ulega zjawisku propagacji wielodrogowej. Detektory promieniowania w podczerwieni mają jednak wymiary znacznie większe od długości fali, toteż nie występuje tu, znane z łączności radiowej, zjawisko zaniku, spowodowanego nałożeniem się sygnałów o przeciwnych fazach. Tym niemniej wielodrogo- (1) (2)

668 B. Zieliński, K. Tokarz wość jest przyczyną interferencji międzysymbolowych, utrudniających odbiór sygnałów o dużych przepływnościach. Innym problemem jest promieniowanie świetlne występujące w środowisku pracy łącza wykorzystującego podczerwień. Moc takiego promieniowania może przekraczać nawet o 25 db moc sygnału użytecznego. Rozwiązaniem tego problemu jest użycie do łączności światła monochromatycznego i filtrów pasmowo-przepustowych, a także zastosowanie koncentratorów (wzmacniaczy) optycznych [3]. 2.2. Światło laserowe Światło laserowe [8] jest szczególnym przypadkiem fal elektromagnetycznych z zakresu światła widzialnego i zakresów sąsiednich. Cechą charakterystyczną laserów jest możliwość uzyskania wiązki światła o bardzo małej rozbieżności (rzędu 1 sekundy). Układ kolimacyjny lasera można traktować jako antenę nadawczą o bardzo dużej kierunkowości i wysokim zysku energetycznym. Dzięki małej długości emitowanych fal rozmiary takiej anteny są małe w porównaniu z antenami radiowymi. Ponadto światło laserowe pozwala na transmisję z dużymi szybkościami dzięki dużej szerokości pasma sygnału. Zasięg transmisji może sięgać nawet kilku lat świetlnych przy mocy nadajnika kw [9]. Mała szerokość wiązki pozwala także na eliminację zakłóceń zewnętrznych oraz ochronę danych przed niepowołanym dostępem. Wadą światła laserowego jest konieczność dokładnego nacelowania wiązki światła na odbiornik; wynikające stąd trudności rosną przy wzroście odległości transmisji. W przypadku łączności z obiektami ruchomymi konieczne jest śledzenie ich toru. Komunikacja laserowa naziemna jest utrudniona wskutek pochłaniania, rozpraszania i załamywania się promieni w atmosferze pod wpływem czynników atmosferycznych (mgła, deszcz, śnieg, ruchy mas powietrza, zanieczyszczenia). Również przeszkody naziemne, jak np. drzewa czy budynki, utrudniają stosowanie laserów. Tłumienie promieni laserowych w atmosferze jest zawsze wynikiem ich pochłaniania i rozpraszania, przy czym w zależności od stanu atmosfery i długości fali elektromagnetycznej udział poszczególnych zjawisk jest różny. Rozchodzenie się światła w atmosferze można opisać zależnością [8]: I [lx] I (3) 0 e l(α α ) p r, gdzie I 0 - natężenie promieniowania na początku drogi [lx], i - natężenie promieniowania na końcu drogi [lx], l - długość przebytej drogi w atmosferze [km], α p i α r - współczynnik odpowiednio pochłaniania i rozpraszania atmosfery [db/km].

Transmisja bezprzewodowa z użyciem podczerwieni 669 Wartość współczynnika tłumienia α α p α r zależy od długości fali. Zależność ta jest bardzo nieregularna, można jednak wyróżnić pewne zakresy długości fal elektromagnetycznych, dla których sumaryczne tłumienie α jest znacznie niższe niż dla pozostałych długości. Są to zakresy: 0.5 0.9 µm, 1.0 1.1 µm, 1.2 1.3 µm, 1.55 1.75 µm, 2.1 2.4 µm, 3.4 4.1 µm i 8 12 µm [8]. Należy zaznaczyć, że w laserowej komunikacji bezprzewodowej stosowane są fale z tych samych zakresów co w transmisji światłowodowej. Tłumienie maleje wraz ze wzrostem wysokości i w odległości 70 km od Ziemi jest już pomijalnie małe [8]. Pochłanianie fal elektromagnetycznych spowodowane jest głównie przez cząsteczki pary wodnej i dwutlenku węgla, jak również, szczególnie w niższych partiach atmosfery, przez zawiesiny w powietrzu bardzo drobnych ciał ciekłych (mgła, chmury) i stałych (dym, pył). Rozpraszanie z kolei spowodowane jest oddziaływaniem fotonów fali świetlnej z cząsteczkami znajdującymi się w atmosferze; w zależności od ich rozmiaru, mówi się o rozpraszaniu molekularnym, dyfrakcyjnym lub geometrycznym (aerozolowym). Rozpraszanie geometryczne ma wpływ na tłumienie w całym zakresie częstotliwości optycznych, natomiast współczynnik rozpraszania molekularnego jest odwrotnie proporcjonalny do czwartej potęgi długości fali, spośród fal optycznych zatem najmniejszemu tłumieniu ulegają fale z zakresu podczerwieni [8]. 2.3. Struktura optycznego systemu transmisyjnego Struktura optycznego systemu transmisyjnego jest w zasadzie zbliżona do struktury systemów radiowych [3]. Oczywiście zamiast anten radiowych są tu wykorzystywane układy nadawczo-odbiorcze promieniowania świetlnego, kolejna różnica dotyczy też metod modulacji sygnałów. 2.3.1. Nadajniki i odbiorniki promieniowania świetlnego Jako nadajniki promieniowania świetlnego stosuje się obecnie diody elektroluminescencyjne (LED, ang. light emitting diode) lub diody laserowe. Ich zaletą jest możliwość sterowania wielkością promieniowanej mocy optycznej za pośrednictwem prądu wejściowego. Różnice wynikają z odmiennych zasad działania: w diodzie LED świecenie spowodowane jest spontaniczną rekombinacją nadmiarowych par elektron-dziura, w diodzie laserowej natomiast rekombinacja występuje synchronicznie wskutek wprowadzania do złącza promieniowania zewnętrznego. Typowe parametry nadajników promieniowania świetlnego zawiera tabela 1 [3, ]. Jako odbiorniki (detektory) promieniowania stosuje się zwykle fotodiody PIN (ang. P- Intrinsic-N) lub fotodiody lawinowe (APD, ang. Avalanche Photo Diode). Fotodiody lawi-

670 B. Zieliński, K. Tokarz Typowe parametry nadajników promieniowania świetlnego Tabela 1 Parametr Dioda LED Dioda laserowa Moc optyczna 1 mw 5 mw Moc wprowadzana 0.02 0.1 mw 2 4 mw Prąd modulacji 0 ma 20 40 ma Widmo optyczne 40 120 nm 0.3 2 nm Szybkość modulacji 200 MHz > 1 GHz Wrażliwość na zmiany temperatury mała duża Cena 2 200 $ 15 5000 $ nowe charakteryzują się 00-krotnie większą skutecznością przetwarzania strumienia fotonów na strumień elektronów, jednak w praktycznych zastosowaniach, w celu uniknięcia wzmacniania szumów, stosuje się diody o mniejszych współczynnikach powielania. Diody PIN stosowane są najczęściej przy przepływnościach do 0 Mb/s, zaś APD powyżej 1 Gb/s [7]. Typowe parametry fotodiod zawiera tabela 2 []. Tabela 2 Wybrane parametry odbiorników promieniowania świetlnego Typ Współczynnik powielania Czas odpowiedzi Napięcie zasilania fotoprzewodnik 5-3 (ok. 1 ms) fotodioda P-N 1-6 (ok. 1 µs) dioda PIN 1-9 (ok. 1 ns) 5 V fototranzystor 2-5 (ok. µs) fotodioda lawinowa APD 3-9 (ok. 1 ns) 0 200 V tranzystor polowy 2-7 (ok. 0 ns) 2.3.2. Modulacja w optycznych systemach transmisyjnych W chwili obecnej technologia realizacji nadajników i odbiorników promieniowania świetlnego pozwala na realizację detekcji koherentnej, jest ona jednak skomplikowana i kosztowna [3]. Tak więc w optycznych systemach transmisyjnych stosowana jest detekcja

Transmisja bezprzewodowa z użyciem podczerwieni 671 niekoherentna, zaś najczęściej stosowane metody modulacji to bezpośrednia detekcja sygnału oraz modulacja intensywności strumienia świetlnego. Modulacja intensywności strumienia świetlnego (IM, ang. Intensity Modulation) uzyskiwana jest poprzez zmianę natężenia prądu sterującego nadajnikiem promieni świetlnych. Z kolei odbiornik wytwarza prąd optyczny o natężeniu proporcjonalnym do mocy padającego promieniowania. Jeżeli przesyłany sygnał jest cyfrowy, proces modulacji ogranicza się do włączania i wyłączania diody w zależności od wartości kolejnych bitów danych. Dla transmisji dwupunktowej jedynym ograniczeniem dla prędkości transmisji jest bezwładność nadajnika. Dla transmisji przez łącze dyfuzyjne dodatkowe ograniczenia spowodowane są intrerferencją międzysymbolową, będącą wynikiem propagacji wielodrogowej. Modulacja intensywności promieniowania może być także połączona z innymi typami modulacji, najczęściej z kluczowaniem częstotliwości. System ten, zwany FSK-IM, wymaga wprowadzenia dodatkowego modulatora przed nadajnikiem i demodulatora za odbiornikiem, zapewnia jednak wyższą jakość transmisji niż tylko modulacja intensywności promieniowania. Oprócz wymienionych, w optycznych systemach transmisyjnych stosuje się także modulacje impulsowe [7, 6]: modulację amplitudy impulsów (PAM, ang. Pulse Amplitude Modulation), modulację położenia impulsów (PPM, ang. Pulse Position Modulation), modulację szerokości impulsów (PWM, ang. Pulse Width Modulation), modulację częstotliwości impulsów (PFM, ang. Pulse Frequency Modulation). Wymienione metody modulacji impulsowej są również używane w połączeniu z modulacją intensywności promieniowania. 2.3.3. Rodzaje łączy optycznych Łącza optyczne można podzielić na łącza z widzialnością bezpośrednią i łącza dyfuzyjne. Innym kryterium podziału może być szerokość kąta widzenia nadajnika i odbiornika. Można wyróżnić sześć rodzajów łączy, przedstawionych na rys. 1 [3, 6] (rysunek zamieszczony w [3] różni się nieco od rysunku w [6]). Łącze kierunkowe z widzialnością bezpośrednią charakteryzuje się dobrym wykorzystaniem mocy promieniowania, ponieważ wysłany sygnał z bardzo niewielkimi stratami dociera do odbiornika, którego kierunkowa charakterystyka pozwala uzyskać wysokie wartości stosunku sygnału do szumu. W łączu takim nie występuje także propagacja wielodrogowa. Szybkość transmisji sięga 125 Mb/s przy zasięgu około 30 m. Nie można jednak używać takiego łącza do transmisji rozsiewczej. Łącze kierunkowe dyfuzyjne eliminuje to ograniczenie, jednak prędkość transmisji nie przekracza 200 kb/s, a zasięg 20 m.

672 B. Zieliński, K. Tokarz Rys. 1. Rodzaje łączy optycznych Fig. 1. Types of optical links Łącza kierunkowe posiadają jeszcze jedną wadę nie można ich używać do transmisji między stacjami ruchomymi, ponieważ wymagają odpowiedniego nastawienia odbiornika względem nadajnika. Wadę tę eliminuje łącze szerokokątne, umożliwiające transmisję z szybkością do 50 Mb/s przy zasięgu kilku metrów. Zasięg ten można zwiększyć przez zastosowanie łącza szerokokątnego z bezpośrednią widzialnością, pod warunkiem jednak, że droga sygnałów nie jest przesłonięta. Można także zastosować łącze hybrydowe, w którym nadajnik jest szerokokątny, odbiornik zaś ma charakterystykę kierunkową. 3. Przegląd urządzeń transmisyjnych Urządzenia, wykorzystujące podczerwień jako medium transmisyjne, budowane są najczęściej jako [11]: karty rozszerzeń dla IBM PC, współpracujące z magistralą typu ISA lub PCMCIA, urządzenia, dołączane bezpośrednio do segmentów przewodowych sieci, urządzenia, pracujące w standardzie IrDA, dołączane do portów równoległych lub szeregowych komputerów PC.

Transmisja bezprzewodowa z użyciem podczerwieni 673 Najczęściej spotykane urządzenia, działające jako bezprzewodowe lokalne sieci komputerowe, wykorzystują podczerwień rozproszoną, ponieważ eliminuje to konieczność zapewnienia bezpośredniej widoczności stacji sieci i umożliwia poruszanie się stacji w pewnym zakresie. Urządzenia te służą do podłączania do sieci pojedynczych stacji roboczych (tzw. punkty dostępu, ang. access point) lub zestawiania segmentów sieci w jednym pomieszczeniu. Połączenia pomiędzy segmentami działającymi w kilku pomieszczeniach realizowane są przewodowo. Przykład konfiguracji sieci bezprzewodowej [12], zainstalowanej w kilku pomieszczeniach, przedstawiono na rys. 2. System ten składa się z serwera, koncentratora Rys. 2. Lokalna sieć bezprzewodowa Fig. 2. Wireless LAN oraz umieszczonych w każdym pomieszczeniu urządzeń nadawczo-odbiorczych zwanych satelitami. Stąd dane bezprzewodowo są przesyłane do węzłów (ang. node), przyłączonych do poszczególnych stacji roboczych. Urządzenie typu węzeł umożliwia bezpośrednią komunikację między dwiema stacjami bez pośrednictwa satelity. Większość tego typu systemów jako nadajniki wykorzystuje diody LED, a jako odbiorniki fotodiody PIN. Zestawienie produktów tego rodzaju przedstawiono w tabeli 3. Spotykane są również urządzenia, specjalnie zaprojektowane do współpracy z sieciami typu [13]. Składają się one z modułów MAU (ang. Multistation Access Unit), które zapewniają komputerom dostęp do sieci z wykorzystaniem typowych kart. Komunikacja między MAU natomiast odbywa się bezprzewodowo przy użyciu podczerwieni skupionej. Przykład takiej sieci ilustruje rys. 3. Urządzenia pozwalające na uzyskanie bezprzewodowego połączenia pomiędzy dwoma punktami odległymi nawet o kilka kilometrów, tzw. mosty (ang. bridge), wykorzystują widzialność bezpośrednią z nadajnikami i odbiornikami kierunkowymi. Jako nadajniki w tego typu urządzeniach pracują zarówno diody LED, jak i diody laserowe emitujące fale podczerwone. Odbiornikami mogą być fotodiody PIN i fotodiody lawinowe APD. Poza możliwością

674 B. Zieliński, K. Tokarz Zestawienie parametrów wybranych urządzeń na podczerwień Tabela 3 Producent Produkt Współpraca z sieciami przewodowymi Prędkość [Mb/s] Zasięg [m] Cena [$] Firlan EH360 Ethernet 46 3950 EH361 Ethernet, 16 76 1600 Spectrix SpectrixLite Ethernet 4 20 3000 Photonics Cooperative Colaborative Local Talk Ethernet 0.23 1 7.5 200 800 IBM Infrared LAN Adapter Ethernet 1 7.5 300 InfraLAN InfraLAN Ethernet 4 16 25 800 1200 2000 Tekram IRnet IR-6 Ethernet 4 1 85 Rys. 3. Przykład bezprzewodowej sieci Fig. 3. An example of wireless network połączenia segmentów sieci komputerowych pozwalają również na uzyskanie stałego łącza telekomunikacyjnego. Tego typu urządzenia mają szczególne znaczenie w przypadku silnie zurbanizowanych terenów, na których uzyskanie stałego łącza przewodowego jest bardzo utrudnione. W tabeli 4 zawarto parametry takich urządzeń.

Transmisja bezprzewodowa z użyciem podczerwieni Zestawienie parametrów wybranych mostów na podczerwień 675 Tabela 4 Producent Produkt Współpraca z sieciami przewodowymi Prędkość [Mb/s] Zasięg [m] Cena [$] OmniBeam 2000 Ethernet 1200 14000 Laser Comm. Tadiran Firlan Silcom JOLT GoC mbh OmniBeam 2036 T-1 1.544 1200 12500 OmniBeam 4000 FDDI, ATM itp. 34 155 1200 275 18000 LOO-38 Ethernet 00 7500 IRIS ET350E FreeSpace Ethernet, FDDI, Ethernet Ethernet, 125 2500 20000 16 16 500 6000 300 14000 FreeSpace Turbo jw. + ATM 155 300 18000 UWIN 800 UWIN 802 UWIN 807 Ethernet, Ethernet, Ethernet, 16 16 16 300 9200 850 100 1600 14000 UWIN 1304 FDDI 0 500 19200 UWIN 27 ATM 155 500 20000 MonoLink I 20 200 MonoLink II Ethernet, Token 20 600 MonoLink 155 Ring, FDDI, 155 300 MultiLink 20 ATM i inne 20 4000 MultiLink 155 155 2000 Urządzenia typu most są w szczególny sposób narażone na wpływ warunków atmosferycznych na ich działanie, w szczególności na osiągany zasięg transmisji. Podane w tabeli odległości osiągane przez urządzenia ulegają znacznemu zmniejszeniu w przypadku wystąpienia niekorzystnych zjawisk atmosferycznych ograniczających widoczność, jak opady czy

Producent Produkt Przeznaczenie Prędkość [kb/s] Zasięg [m] Cena [$] Tekram IR-2 PC - Notebook 115.2 1 18 Adaptec AIRPort PC - Notebook 115.2 2 0 676 B. Zieliński, K. Tokarz gęsta mgła. Większość z nich posiada wbudowane mechanizmy ochrony przed osiadaniem pary wodnej na elementach optycznych (podgrzewanie urządzenia przy niższych temperatutrach powietrza). W tabeli 5 przedstawiono parametry urządzeń pracujących w standardzie IrDA. Są to urządzenia, służące do połączenia między sobą dwóch lub więcej komputerów, komputera i drukarki lub komputera przenośnego z segmentem sieci za pomocą podczerwieni. Standard IrDA [14] powstał przy porozumieniu ponad 75 wytwórców sprzętu komputerowego, którzy opracowali zasady bezprzewodowej transmisji szeregowej z użyciem fal podczerwonych. Podstawowa (1.0) wersja tego standardu cechuje się prędkością transmisji 115.2 kb/s na odległość 1 m. Urządzenia spełniające wymagania wersji rozszerzonej (1.1) zapewniają transmisję z prędkościami 576 kb/s, 1.152 Mb/s i 4 Mb/s. Niektóre z nich poza obsługą samego standardu IrDA zapewniają kompatybilność z innymi standardami transmisji w zakresie podczerwieni, jak np. standard zdalnego sterowania urządzeń RTV ASK/37kHz, standardy firmowe Sharp ASK (ang. Amplitude Shift Keying), Hewlett-Packard SIR (ang. Serial Infrared). Tabela 5 Zestawienie parametrów urządzeń pracujących w standardzie IrDA Hewlett- Packard HSDL-00 moduł scalony 115.2 1 5 IBM Serial Adapter PC - PC 1152 3 150 AMP Serial Adapter PC - PC (drukarka) 4000 1 Extended Systems Jet Eye Net Jet Eye Printer Jet Eye PC PC - LAN PC - drukarka PC - Notebook 4000 115.2 115.2 1 ACTiSYS ACT-IR200L ACT-IR2L ACT-IR0X PC - Notebook moduł do płyty głównej PC - drukarka 115.2 4000 115.2 2 70 60 90 Parallax LitePrint PLX 00 PC - PC (drukarka) moduł scalony 115.2 115.2 1 129 Oplink OPM115 akwizycja danych 115.2 70

Transmisja bezprzewodowa z użyciem podczerwieni 677 4. Podsumowanie, kierunki dalszych badań Dzięki szybko rozwijającej się technologii bezprzewodowej transmisji danych urządzenia wykorzystujące jako medium fale radiowe lub podczerwień dorównują parametrami i coraz częściej ceną łączności przewodowej. Jednocześnie można zaobserwować rozszerzanie obszaru wykorzystania mediów bezprzewodowych na takie przypadki, w których ich zastosowanie nie jest niezbędne, lecz wygodniejsze z punktu widzenia użytkownika. Niestety malejące koszty są i tak zbyt duże z punktu widzenia przeciętnego polskiego użytkownika. Ograniczenie stanowią także obowiązujące w Polsce przepisy dotyczące przydziału pasma radiowego. W takiej sytuacji możliwości wykorzystania urządzeń bezprzewodowych ograniczają się do zastosowania [15]: urządzeń radiowych o małej szybkości (do 19.2 kb/s) i dużym zasięgu (kilkadziesiąt kilometrów), urządzeń na podczerwień o szybkościach 115.2 kb/s 4 Mb/s i małym zasięgu (kilka metrów), pracujących zwykle w standardzie IrDA. Prace badawcze nad transmisją danych w podczerwieni można przeprowadzić według następującej kolejności: dokładne poznanie standardu IrDA jako najpowszechniej wykorzystywanego w urządzeniach dostępnych na rynku, przebadanie możliwości transmisyjnych (szybkość, zasięg, odporność na zakłócenia) kilku urządzeń wykorzystujących ten standard, określenie wpływu szybkości komputerów i zastosowanego oprogramowania, obsługującego urządzenia IrDA, na osiąganą prędkość transmisji, przebadanie możliwości poszerzenia możliwości funkcjonalnych urządzeń (zwiększenie zasięgu, szybkości pracy, zastosowanie zamiast podczerwieni światła laserowego), porównanie parametrów transmisji szeregowej przewodowej i bezprzewodowej, skonstruowanie urządzenia typu konwerter protokołów [15, 16], w sposób sprzętowy realizującego założenia standardu IrDA. LITERATURA [1] Zieliński B.: Wybrane zagadnienia bezprzewodowej transmisji danych. ZN Pol. Śl. s. Informatyka z. 31, Gliwice 1996. http://zeus.polsl.gliwice.pl/~bmw/archive/- wl_probl.zip.

678 B. Zieliński, K. Tokarz [2] Tannenbaum A. S.: Sieci komputerowe. WNT, Warszawa 1988. [3] Hołubowicz W., Płóciennik P., Różański A.: Systemy łączności bezprzewodowej. Wydawnictwa EFP, Poznań 1996. [4] Dąbrowski K.: Amatorska komunikacja cyfrowa. PWN, Warszawa 1994. [5] Lessard A., Gerla M.: Wireless Communications in the Automated Factory Environment. IEEE Network, Vol. 2, No. 3, May 1988. [6] Kahn M. J., Barry J. R.: Wireless Infrared Communications. Proceeding of the IEEE, Vol. 85, No. 2, Feb. 1997. [7] Killen H. B.: Transmisja cyfrowa w systemach światłowodowych i satelitarnych. WKiŁ, Warszawa 1992. [8] Bem D. J.: Anteny i rozchodzenie się fal radiowych, WNT, Warszawa 1973. [9] Klejman H., Dzięciołowski K., Rzewuski M.: Lasery w telekomunikacji, WNT, Warszawa 1970. [] Grzywak A. (red.): Rozproszone systemy komputerowe. PRO-net, Gliwice 1994. [11] Materiały firmowe dotyczące urządzeń do transmisji optycznej. [12] Gfeller F. R., Bapst U.: Wireless In-House Data Communication via Diffuse Infrared Radiation. Proceedings of the IEEE, Vol. 67, No. 11, Nov. 1979. [13] Berline G., Perratore E.: Wireless LANs. PC Magazine, 11.02.1992. [14] Opis standardu IrDA. Infrared Data Association, http://www.irda.org/. [15] Zieliński B.: Bezprzewodowe sieci komputerowe wykorzystujące konwersję protokołów. Rozrawa doktorska, Instytut Informatyki Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997. http://zeus.polsl.gliwice.pl/~bmw/archive/doct.zip. [16] Zieliński B.: Konwertery protokołów dla sieci bezprzewodowych. ZN Pol. Śl. s. Informatyka z. 34, Gliwice 1998. Recenzent: Dr inż. Ryszard Winiarczyk Wpłynęło do Redakcji 5 grudnia 1997 r. Abstract Wireless data communication can be used instead of wired connections when it is impossible, or not convenient, to use wires. Examples are mobile networks and networks that work in the presence of noise or on large non-wired areas.

Transmisja bezprzewodowa z użyciem podczerwieni 679 Optical waves are an example of wireless transmission medium. Examples of optical waves are infrared light and laser beams. Power requirements of the optical link can be computed using Equations (1) to (3). Structure of optical data transmission system is similar to the radio one, however, different receivers, transmitters and modulation techniques are used; their selected properties are contained in Tables 1 and 2. Depending on these properties, several link types can be obtained as shown on Fig. 1. Nowadays, there are many devices which make it available to transmit via optical waves. When using them, several link configurations are possible, few of which are shown on Fig. 2 and 3. Technical parameters of infrared LAN devices, infrared and laser bridges and IrDA-compatible devices are collected in Tables 3 to 5. Because of cost and law limitations, IrDA-compatible devices are expected to be the most popular ones in Poland. They also allow to make some scientific research like determining influence on network parameters.